, 初正崑2 , 宋寧寧1 , 王凱榮1 
, 劉君1 , 王芳麗1 2. 青島婁山河水務(wù)資源有限公司, 山東 青島 266002
, 初正崑2 , 宋寧寧1 , 王凱榮1 
, 劉君1 , 王芳麗1 , CHU Zheng-kun2 , SONG Ning-ning1 , WANG Kai-rong1 , LIU Jun1 , WANG Fang-li1 隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快，污水排放量大幅增加，為此新建和擴(kuò)建大量污水處理廠，剩余污泥的產(chǎn)量急劇增多。工業(yè)污水與市政生活污水的混排，使得我國(guó)部分地方的剩余污泥都含有一定的有毒重金屬成分，受重金屬污染的污泥若直接投入生產(chǎn)應(yīng)用中，容易污染土壤、地下水和動(dòng)植物，具有潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[1]，因此污泥的無(wú)害化處理及資源化處置是目前十分重要且迫切需要解決的問(wèn)題。
截至2015年9月底，全國(guó)城鎮(zhèn)累計(jì)建成污水處理廠3830座，處理污水伴生的污泥已突破3000萬(wàn)t·a-1（含水率80%）[2]，且仍在持續(xù)增加[3]，國(guó)內(nèi)外污泥處置方式一般有填埋、焚燒、倒海和農(nóng)業(yè)利用等[4]。污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，其養(yǎng)分含量甚至高于普通農(nóng)家?guī)�，農(nóng)田施加可以有效改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)[5-6]，若是將大量的污泥進(jìn)行填埋、焚燒或倒海處置，一方面會(huì)占用土地、污染環(huán)境，另一方面也會(huì)導(dǎo)致寶貴資源的浪費(fèi)。因此對(duì)剩余污泥進(jìn)行農(nóng)業(yè)資源化利用是一種極具經(jīng)濟(jì)效益且節(jié)能環(huán)保的處置途徑[7-8]。從國(guó)內(nèi)外污泥處置技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，主要通過(guò)農(nóng)業(yè)利用、衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電等方式來(lái)處置污泥[9]，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市均設(shè)置了專門收集和處置污泥的資源循環(huán)機(jī)構(gòu)，其中每年可收集6.5×107 t干污泥，形成了新興產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建了污泥處置市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈[10]。巨量的污泥若得不到科學(xué)處理，將引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[11-12]。然而，如何調(diào)整設(shè)備參數(shù)使污泥的處置既經(jīng)濟(jì)有效又安全可靠，是目前研究的熱點(diǎn)課題。
1992年，Alshawabkeh等[13]率先提出采用電動(dòng)技術(shù)對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)。隨后，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)相繼在鹽堿地和重金屬、有機(jī)污染土壤修復(fù)方面得到應(yīng)用[14-15]。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的原理是向污染介質(zhì)兩端植入惰性電極形成直流電場(chǎng)[16]，利用電場(chǎng)產(chǎn)生的各種電動(dòng)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)介質(zhì)中污染物沿電場(chǎng)方向定向遷移，從而將污染物富集至固定區(qū)域后進(jìn)行集中處理[17]。在應(yīng)用電動(dòng)技術(shù)處理污泥中的重金屬時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種影響因素，尋找最合適、最經(jīng)濟(jì)、最可靠的設(shè)備參數(shù)，這是決定該項(xiàng)技術(shù)實(shí)施應(yīng)用和產(chǎn)生市場(chǎng)價(jià)值的關(guān)鍵。
本文借鑒土壤重金屬污染電動(dòng)修復(fù)原理，探討電動(dòng)技術(shù)去除剩余污泥中重金屬的可行性及其適宜的修復(fù)參數(shù)，旨在為重金屬污染污泥的無(wú)害化和資源化利用提供技術(shù)支撐。
1 材料與方法1.1 試驗(yàn)裝置電動(dòng)裝置：電解槽是由若干塊有機(jī)玻璃依次連接而成的中空長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，每個(gè)電解槽長(zhǎng)18 cm、寬4.5 cm、高8 cm，共6個(gè)電解槽。電極為石墨棒，尺寸為5 mm×10 mm（d×L）。電解槽上面覆蓋一層有孔的有機(jī)玻璃板，將石墨棒插入孔中固定在兩極，石墨電極和電解槽極板的間距設(shè)置為14 cm，距陽(yáng)極10 cm處設(shè)置一層陽(yáng)離子交換膜，電動(dòng)修復(fù)裝置示意圖見(jiàn)圖 1。
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圖 1 電動(dòng)修復(fù)裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of electric repairing device |
供試剩余污泥采自青島市城陽(yáng)區(qū)污水處理廠，含水率為78.54%，置于陰涼處鋪開晾干，過(guò)80目篩待用。污泥中重金屬和養(yǎng)分含量分別為Cu 853 mg·kg-1、Zn 1950 mg·kg-1、Ni 182 mg·kg-1、Cr 786 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)658 g·kg-1、全氮25.6 g·kg-1、全磷9.6 g·kg-1、全鉀46.6 g·kg-1。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.3.1 電解時(shí)間設(shè)置6、12、18、24、30、36、42、48、60、72 h等10個(gè)電解時(shí)間，測(cè)定電解時(shí)間對(duì)剩余污泥中重金屬去除的影響。電解槽中不添加強(qiáng)化劑，不調(diào)節(jié)介質(zhì)pH值，電壓為0.5 V·cm-1，無(wú)超聲振蕩處理。
1.3.2 介質(zhì)pH設(shè)置1、2、3、4、5、6、7等7個(gè)介質(zhì)pH值，采用HCl-NaOH溶液調(diào)節(jié)介質(zhì)pH，測(cè)定pH值對(duì)剩余污泥中重金屬去除的影響。電解槽中不添加強(qiáng)化劑，電壓為0.5 V·cm-1，無(wú)超聲振蕩處理，電解12 h。
1.3.3 強(qiáng)化劑選擇EDTA、酒石酸、檸檬酸、草酸、EDTA鐵鈉、EDTA二鈉作為強(qiáng)化劑，添加濃度分別為0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mol·L-1，測(cè)定添加不同強(qiáng)化劑對(duì)剩余污泥中重金屬去除的影響，以不添加強(qiáng)化劑處理為對(duì)照。電解槽中不調(diào)節(jié)介質(zhì)pH值，電壓為0.5 V·cm-1，無(wú)超聲振蕩處理，電解12 h。
1.3.4 電壓設(shè)置0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 V·cm-1等7個(gè)電壓，測(cè)定電壓對(duì)剩余污泥中重金屬去除的影響。電解槽中不添加強(qiáng)化劑，不調(diào)節(jié)介質(zhì)pH值，無(wú)超聲振蕩處理，電解12 h。
1.3.5 超聲波振蕩時(shí)間設(shè)置0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、6.0 h等9個(gè)超聲波振蕩時(shí)間，超聲波頻率為40 kHz，功率為500 W，測(cè)定超聲振蕩時(shí)間對(duì)剩余污泥中重金屬去除的影響。電解槽中不添加強(qiáng)化劑，不調(diào)節(jié)介質(zhì)pH值，電壓為0.5 V·cm-1，電解12 h。
1.3.6 多因素優(yōu)化組合處理以電壓、pH和強(qiáng)化劑為因素，通過(guò)三因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，尋找最佳的重金屬去除條件。通過(guò)以上試驗(yàn)選擇各影響因素下去除效果較優(yōu)的三個(gè)條件，作為正交試驗(yàn)的三個(gè)水平。根據(jù)上述單因子試驗(yàn)表現(xiàn)，在多因子參數(shù)復(fù)合優(yōu)化處理試驗(yàn)中，選擇了3種電壓（0.5、1.0、1.5 V·cm-1）、3種介質(zhì)pH值（2、4、6）與3種強(qiáng)化劑（EDTA、檸檬酸和酒石酸）進(jìn)行組配。
1.4 污泥重金屬測(cè)定方法參照董仁杰[18]的方法，稱取干剩余污泥0.500 0 g置于聚四氟乙烯坩堝中，使用HNO3-HF-HClO4混合酸體系消解，采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定剩余污泥中重金屬含量。
2 結(jié)果與分析2.1 電解時(shí)間對(duì)剩余污泥中重金屬去除的影響如圖 2所示，隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng)，Cu、Zn、Ni、Cr的去除率均逐漸增大，其中Cu的表現(xiàn)尤為明顯。電解時(shí)間從0 h增加到12 h時(shí)，Cu、Zn、Ni、Cr的去除率增加顯著，分別提高到35.1%、26.8%、24.3%和22.5%。電解時(shí)間超過(guò)12 h時(shí)，去除率變化相對(duì)緩慢。由于電解時(shí)間越長(zhǎng)，電力消耗越多，電極腐蝕越嚴(yán)重，所以12 h是比較適宜的電解時(shí)間。
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圖 2 電解時(shí)間對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 2 Effect of electrolysis time on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
如圖 3所示，在介質(zhì)pH為2時(shí)，Cu、Ni去除率最大，為42.1%、38.8%；在介質(zhì)pH為3時(shí)，Cu去除率最大，為39.9%；在介質(zhì)pH為1時(shí)，Cr去除率最大，為36.9%。去除的重金屬不同，最佳的介質(zhì)pH也不同。強(qiáng)酸環(huán)境會(huì)增加對(duì)電動(dòng)裝置的腐蝕性，兼顧二者關(guān)系，本試驗(yàn)認(rèn)為pH為2~4是比較適宜的介質(zhì)pH范圍。
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圖 3 介質(zhì)pH對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 3 Effect of medium pH on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
如圖 4所示，不同強(qiáng)化劑對(duì)剩余污泥重金屬去除的作用差異明顯。在添加的6種化學(xué)強(qiáng)化劑中，EDTA、檸檬酸和酒石酸對(duì)剩余污泥重金屬的去除都有明顯的促進(jìn)作用；添加草酸、EDTA二鈉和EDTA鐵鈉對(duì)剩余污泥重金屬的去除作用相對(duì)較小。本試驗(yàn)證明，只有根據(jù)剩余污泥中重金屬的類型，選擇適合的強(qiáng)化劑才能有效強(qiáng)化污泥重金屬電動(dòng)修復(fù)的效果。所以，試驗(yàn)下一步將探究每種重金屬所對(duì)應(yīng)的最佳強(qiáng)化劑種類以及強(qiáng)化劑的最佳濃度。
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圖 4 強(qiáng)化劑對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 4 Effect of enhancer on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
如圖 5所示，隨著電壓的增大，剩余污泥中重金屬的去除率逐漸提高，當(dāng)電壓達(dá)到1.4 V·cm-1時(shí)趨于平緩。其中重金屬Zn的去除率最大，Cu的去除率最小。去除的重金屬不同，電壓對(duì)其影響也不同。本文認(rèn)為當(dāng)電壓達(dá)到1.4 V·cm-1時(shí)，剩余污泥中重金屬達(dá)到較優(yōu)去除效果，同時(shí)能耗較小，此時(shí)Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分別達(dá)到42.1%、47.2%、45.1%和43.5%。
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圖 5 電壓對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 5 Effect of voltage on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
污泥中重金屬形態(tài)是影響重金屬遷移和電動(dòng)修復(fù)效果的重要因素。如圖 6所示，隨著超聲時(shí)間的加長(zhǎng)，剩余污泥中重金屬的去除率逐漸提高。在超聲時(shí)間0~1.0 h內(nèi)，剩余污泥重金屬的去除率提高最為顯著，隨著超聲時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，剩余污泥中重金屬的去除率變化趨于平緩�？紤]到超聲時(shí)間越長(zhǎng)，能耗越高，溫度也越高，對(duì)剩余污泥重金屬的去除影響越大。所以，超聲振蕩1.0 h對(duì)污泥中重金屬的去除效果最佳，Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分別達(dá)到45.8%、42.8%、50.8%和39.8%。
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圖 6 超聲時(shí)間對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 6 Effect of ultrasonic time on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
如表 1所示，三種因素中，介質(zhì)pH值對(duì)剩余污泥中重金屬Cr的去除率的影響最大，其次是強(qiáng)化劑種類，電壓梯度的影響最小，去除剩余污泥中重金屬Cr的最優(yōu)組合是：電壓梯度1.5 V·cm-1，介質(zhì)pH值2和強(qiáng)化劑檸檬酸。
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表 1 剩余污泥Cr的正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 1 Analysis of orthogonal experimental results of Cr in residual sludge |
如表 2所示，三種因素中，介質(zhì)pH值對(duì)剩余污泥中重金屬Cu的去除率的影響最大，其次是電壓，強(qiáng)化劑種類的影響最小，去除剩余污泥中重金屬Cu的最優(yōu)組合是：電壓1.5 V·cm-1，介質(zhì)pH值2和強(qiáng)化劑EDTA。
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表 2 剩余污泥Cu的正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 2 Analysis of orthogonal experimental results of Cu in residual sludge |
如表 3所示，三種因素中，電壓對(duì)剩余污泥中重金屬Ni的去除率的影響最大，其次是強(qiáng)化劑種類，介質(zhì)pH值的影響最小，去除污泥中重金屬Ni的最優(yōu)組合是：電壓梯度1.5 V·cm-1，介質(zhì)pH值2和強(qiáng)化劑酒石酸。
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表 3 剩余污泥Ni的正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 3 Analysis of orthogonal experimental results of Ni in residual sludge |
如表 4所示，三種因素中，強(qiáng)化劑種類對(duì)剩余污泥中重金屬Zn的去除率的影響最大，其次是介質(zhì)pH值，電壓的影響最小，去除剩余污泥中重金屬Zn的最優(yōu)組合是：電壓梯度1.5 V·cm-1，介質(zhì)pH值2和強(qiáng)化劑檸檬酸。
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表 4 剩余污泥Zn的正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 4 Analysis of orthogonal experimental results of Zn in residual sludge |
圖 7~9分別表示在電壓1.5 V·cm-1、介質(zhì)pH 2的條件下，添加不同濃度的EDTA、檸檬酸和酒石酸對(duì)剩余污泥中幾種重金屬去除的影響。如圖 7所示，隨著EDTA濃度的增加，剩余污泥中重金屬的去除率均逐漸增大。當(dāng)濃度范圍為0~0.20 mol·L-1時(shí)，重金屬Cu、Ni的去除率逐漸增大，后趨于穩(wěn)定。當(dāng)濃度范圍為0~0.25 mol·L-1時(shí)，重金屬Zn、Cr的去除率逐漸增大，后趨于穩(wěn)定�？傮w來(lái)看，EDTA去除剩余污泥中重金屬的最適宜濃度為0.25 mol·L-1。如圖 8所示，當(dāng)檸檬酸濃度范圍為0~0.20 mol· L-1時(shí)，重金屬Cu、Ni、Cr的去除率逐漸增大，后趨于穩(wěn)定。當(dāng)檸檬酸濃度范圍為0~0.25 mol·L-1時(shí)，重金屬Zn的去除率逐漸增大，后趨于穩(wěn)定�？傮w來(lái)看，檸檬酸去除污泥中重金屬的最適宜濃度為0.20 mol · L-1。如圖 9所示，酒石酸濃度范圍為0~0.20 mol·L-1時(shí)，重金屬Ni、Cr的去除率逐漸增大，后趨于穩(wěn)定。當(dāng)酒石酸濃度范圍為0~0.25 mol·L-1時(shí)，重金屬Cu、Zn的去除率逐漸增大，后趨于穩(wěn)定，最適宜濃度為0.25 mol·L-1。
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圖 7 EDTA濃度對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 7 Effect of EDTA concentration on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
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圖 8 檸檬酸濃度對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 8 Effect of citric acid concentration on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
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圖 9 酒石酸濃度對(duì)剩余污泥中重金屬去除率的影響Figure 9 Effect of tartaric acid concentration on the removal rate of heavy metals in residual sludge |
污泥中重金屬的形態(tài)主要為可交換態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等穩(wěn)定態(tài)重金屬，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)可以通過(guò)酸化或絡(luò)合作用促使穩(wěn)定態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為非穩(wěn)定態(tài)[19]。電解時(shí)間的控制會(huì)直接影響重金屬去除的效果[20]，本研究表明，隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng)，剩余污泥中重金屬的去除率逐漸增大。電解時(shí)間越長(zhǎng)，電力消耗越多，電極腐蝕越嚴(yán)重，考慮到電力消耗和電極壽命等原因，研究認(rèn)為12 h是電解時(shí)間的最優(yōu)選擇。電解時(shí)間達(dá)到12 h時(shí)，Cu、Zn、Ni和Cr的去除率分別達(dá)到35.1%、26.8%、24.3%和24.5%，剩余污泥重金屬殘留基本達(dá)標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用中可延長(zhǎng)電解時(shí)間，使其符合《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284—2018）中農(nóng)用耕地的標(biāo)準(zhǔn)。胡亞杰等[21]以污水處理廠的二沉池脫水污泥為試驗(yàn)對(duì)象，采用電動(dòng)力學(xué)法強(qiáng)化處理污泥中的Cu、Zn，發(fā)現(xiàn)隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng)，重金屬的去除率均逐漸增大。
介質(zhì)pH會(huì)對(duì)污泥中各重金屬的賦存形態(tài)造成影響，許多研究者用酸堿中和、添加緩沖劑等方法控制污泥中pH，但這些方法需要消耗大量不可回收且有毒的試劑，用電化學(xué)方法控制pH值更為安全和環(huán)保[22]。介質(zhì)pH控制著溶液中離子的吸附與解吸，且酸性介質(zhì)對(duì)電滲速度有明顯的影響，所以如何控制介質(zhì)pH值是電動(dòng)去除重金屬的關(guān)鍵[23]。本研究表明隨著介質(zhì)pH的增大，剩余污泥中Ni、Cu和Zn的去除率先增大后減小。在介質(zhì)pH為2時(shí)，Cu和Ni的殘留濃度降至522.04 mg·kg-1和104.10 mg·kg-1，基本滿足GB 4284—2018中A級(jí)污泥產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)；在介質(zhì)pH為3時(shí)，Zn殘留濃度為1 171.95 mg·kg-1；剩余污泥中Cr的去除率逐漸降低，介質(zhì)pH為1時(shí)去除率最大，殘留濃度為495.97 mg·kg-1。經(jīng)過(guò)處理后的Zn和Cr均符合GB 4284—2018中A級(jí)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。剩余污泥中重金屬去除的最佳介質(zhì)pH范圍為2.0~4.0，該范圍有利于對(duì)堿性土壤的改良。張艷杰等[24]通過(guò)控制陰極處理液不同pH水平，發(fā)現(xiàn)pH為3時(shí)，Ni、Cu、Zn和Cr的修復(fù)效果最好，去除率分別為70%、59%、30%和29%。周邦智等[7]發(fā)現(xiàn)，隨著介質(zhì)pH降低，剩余污泥中不同形態(tài)重金屬的殘余量均減少，當(dāng)pH由6.8降至2.1時(shí)，重金屬的總?cè)コ视?6.2%提高到43.2%，該結(jié)論與本研究結(jié)論相一致。通過(guò)正交試驗(yàn)的計(jì)算，研究中四種重金屬的最適pH均為2.0。Wang等[25]將污泥床體負(fù)極pH調(diào)節(jié)至2.0，其Zn、Cu、Ni和Cr的去除率分別95%、96%、90%和68%，有效降低污泥中重金屬含量。
強(qiáng)化劑對(duì)污泥重金屬的絡(luò)合能力由其分子結(jié)構(gòu)決定，更多的羧基結(jié)構(gòu)能與更多的重金屬離子結(jié)合而表現(xiàn)出較好的去除效果[26]。相比于EDTA二鈉和EDTA鐵鈉，EDTA有6個(gè)配位原子，在相當(dāng)寬的pH范圍內(nèi)可與大多數(shù)金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，使重金屬?gòu)奈勰啾砻娼馕瑫r(shí)它不易吸附于土壤中，對(duì)環(huán)境相對(duì)安全，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小[27-29]。檸檬酸和酒石酸的酸性均較強(qiáng)，能與多種重金屬離子絡(luò)合，檸檬酸含有較多的羧基，可以很好地解吸土壤中吸附的磷，這與土壤中重金屬的解吸機(jī)制十分相似[30]。同時(shí)，檸檬酸還能通過(guò)絡(luò)合作用去除土壤中重金屬[31-32]。酒石酸淋洗能有效去除交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài)重金屬，對(duì)有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)重金屬去除效果不明顯[33]。草酸絡(luò)合能力比酒石酸弱，同時(shí)其具有毒性，所以不適合作污泥重金屬?gòu)?qiáng)化劑。本研究證明，只有根據(jù)重金屬的類型選擇適合的強(qiáng)化劑，才能有效強(qiáng)化污泥重金屬電化學(xué)修復(fù)的效果。進(jìn)一步研究表明，EDTA、檸檬酸和酒石酸去除剩余污泥中重金屬的最適宜濃度分別為0.25、0.20 mol·L-1和0.25 mol·L-1，重金屬的去除率可達(dá)到67.3%~84.9%，符合GB 4284—2018中A級(jí)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，在各類影響因素中去除效果最為顯著。
電壓是重金屬離子遷移的直接原動(dòng)力，從效率上來(lái)看，較高的電流密度能夠使得污染物的遷移速率變得更加快速，但是同時(shí)也增加電力的消耗，電能耗與電壓的平方成正比[34]，與此同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間向介質(zhì)通入較高的電壓，會(huì)使得介質(zhì)的溫度不斷升高，可能會(huì)降低去除重金屬的效率[35]。本研究表明，1.5 V·cm-1是最適宜電壓，此時(shí)Cu、Zn、Ni和Cr的殘留濃度分別降至493.89、1 029.60、99.92 mg·kg-1和444.09 mg·kg-1，均符合GB 4284—2018中A級(jí)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。
超聲空化作用破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，改變液體中的溶解態(tài)和顆粒態(tài)物質(zhì)的特征，使得原本附著在污泥顆粒及絮體表面的固著態(tài)重金屬離子解吸為游離態(tài)，提高了重金屬的去除率[36-38]。超聲波通過(guò)破壞污泥絮體和顆粒大小實(shí)現(xiàn)其提取重金屬的協(xié)同作用[20]。本研究考慮到能耗和效率，認(rèn)為超聲振蕩1.0 h對(duì)剩余污泥中重金屬的去除效果最佳，Cu、Zn、Ni和Cr的殘留濃度分別降至462.33、1 115.40、89.54 mg·kg-1和473.17 mg·kg-1，均符合GB 4284—2018中A級(jí)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。Deng等[39]利用超聲和輻射法去除重金屬，發(fā)現(xiàn)在超聲條件下硝酸中Cu、Zn和Pb的去除率均達(dá)到18%~22%。鄭雪玲等[40]通過(guò)超聲波強(qiáng)化電動(dòng)法修復(fù)Cu污染土壤的研究中顯示出在試驗(yàn)初始的3 h內(nèi)施加超聲波可以促進(jìn)Cu2+的遷移，比未施加超聲波提高了43%。
去除剩余污泥中Cr、Cu、Ni和Zn電化學(xué)條件的最優(yōu)組合是不同的，結(jié)果顯示pH 2和電壓1.5 V·cm-1可作為去除4種重金屬的最優(yōu)介質(zhì)pH值和電壓，但最優(yōu)強(qiáng)化劑種類不盡相同，且三種因素的影響程度也表現(xiàn)不一。說(shuō)明當(dāng)去除剩余污泥中不同重金屬時(shí)，要注意選擇最優(yōu)組合和影響程度最大因素的取舍。研究為電動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于去除剩余污泥中重金屬的實(shí)踐提供了理論參考。
4 結(jié)論（1）隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng)，電動(dòng)技術(shù)對(duì)剩余污泥中重金屬去除率均逐漸增大，最適電解時(shí)間為12 h。
（2）隨著pH的增大，電動(dòng)技術(shù)對(duì)剩余污泥中Cr的去除率持續(xù)降低，Cu、Zn和Ni的去除率先增大后降低，最適介質(zhì)pH為2。
（3）隨著超聲振蕩時(shí)間的延長(zhǎng)，電動(dòng)技術(shù)對(duì)剩余污泥中重金屬的去除率逐漸增大，最適超聲振蕩時(shí)間為1.0 h。
（4）隨著電壓的增大，電動(dòng)技術(shù)對(duì)剩余污泥中重金屬的去除率逐漸提高，最適電壓為1.5 V·cm-1。
（5）不同強(qiáng)化劑種類對(duì)電動(dòng)技術(shù)去除剩余污泥中重金屬效果的影響不同。EDTA對(duì)剩余污泥中Ni的去除效果最佳，最佳添加濃度為0.20 mol·L-1；檸檬酸對(duì)Zn的去除效果最佳，最佳添加濃度為0.25 mol·L-1；酒石酸對(duì)Cu的去除效果最佳，最佳添加濃度為0.25 mol·L-1。
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